不同贮藏温度对绿熟期辣椒果实品质的影响*

高成安,毛 奇,万红建,姚祝平,周国治,阮美颖,王荣青,叶青静,陈双臣,程 远**

(1.浙江省农业科学院蔬菜研究所 杭州 310021; 2.浙江农林大学园艺科学学院 杭州 311300; 3.河南科技大学林学院 洛阳 471003)

栽培辣椒(L.)为一年或多年生茄科辣椒属作物,富含辣椒素、维生素C (Vc)、糖等多种对人体有益的活性物质成分,是目前我国播种面积最大、产值最高的蔬菜作物。辣椒品质包括商品品质、风味品质和营养品质等。辣椒果实中特有的辣椒素类物质是茄科辣椒属植物果实所特有的代表性风味物质,不仅决定了辣椒的辣味,而且在改善食欲、促进新陈代谢、减脂降压、预防心脑血管疾病等人体健康维护方面具有广泛的应用价值,辣椒素和二氢辣椒素是辣椒素类物质的主要成分。除辣椒素以外,鲜食辣椒果实还富含叶绿素、胡萝卜素等抗氧化物质和蛋白质、氨基酸等多种营养品质成分,在抗衰老等方面具有较好的营养价值。作为Vc 含量最高的蔬菜之一,辣椒是日常膳食中Vc 的重要来源。

鲜食辣椒采后贮藏过程中的减损和营养品质维持对辣椒产业增值、增效具有重要意义。辣椒果实采后贮藏过程中,适宜的贮藏温度是延长采后贮藏期、保持果实商品性的重要手段之一。辣椒果实含水量达70%～90%,在采后贮藏过程中易发生失水萎蔫、果实软化等问题。前人研究表明,贮藏温度过高会加速采后辣椒的后熟进程,使果实加速失水、萎蔫和腐烂。Sun 等研究表明,辣椒的贮藏进程伴随着叶绿素的下降和胡萝卜素(辣椒果实中胡萝卜素的50%以上是辣椒红素)的上升。不同的温度对于不同作物果实的成熟进程和品质成分变化影响具有一定差异,与较低的温度相比,亚高温条件[(30±2) ℃]贮藏能够加速芒果()成熟、叶绿素的降解及总胡萝卜素的积累。柑橘()和番茄()的采后贮藏试验表明,相比于常温,低温(5 ℃)和高温(30 ℃)下柑橘中的叶黄素和番茄中的番茄红素含量均有所下降,但是在高温[(30±2) ℃]贮藏的柑橘玉米黄素和番茄β 胡萝卜素均高于常温。还有研究表明,不适宜温度加速园艺作物产品器官中叶绿素的降解和胡萝卜素的合成,是因为其作为逆境造成了果实中活性氧物质(ROS)的积累,而果实中则会合成相应的抗氧化物质,如辣椒素、胡萝卜素、维生素C (Vc)等,实现对ROS 的消除。

温度调节保鲜被认为是延长辣椒新鲜商品贮藏寿命的有效工具之一。研究表明低温保鲜(4～10 ℃)能够有效保持果实品质。Hameed 等研究表明10 ℃低温处理能够延缓绿熟期辣椒果实呼吸速率,维持品质的决定成分含量。许海峰等则研究发现4 ℃贮藏能够抑制核桃()中泛醌的减少和异茉莉酸的增加,以及亚油酸和 α-亚麻酸的氧化。在新疆鲜杏保鲜技术上 ,相关研究还发现不同低温贮藏条件 (0 ℃,5 ℃,10 ℃) 对果实的硬度、SSC 和TA 含量等贮藏品质具有不同的影响。除低温外,还有用于杀灭表面微生物、延迟果胶类物质水解的短时间高温处理(30～50 ℃)等。目前,采后温度贮藏技术研究大部分集中在包括辣椒在内的不同园艺作物产品器官采后低温长期贮藏上,针对自然条件下辣椒果实采后短期贮藏影响的研究较少。针对目前我国部分辣椒产区采后辣椒自然条件短期贮藏情况依然广泛存在的现状,本研究通过模拟浙江省春季栽培辣椒采收早期(平均温度20 ℃)及采收后期(平均温度30 ℃)的温度条件,利用高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatograph,HPLC)、氨基酸定性定量分析等技术手段,对常温(20 ℃)和高温(30 ℃)贮藏的绿熟期辣椒果实品质相关指标进行了测定和比较分析。研究了不同温度贮藏对辣椒果实品质调控规律,以期为不同采收期辣椒果实的品质变化规律研究提供理论支撑,并为采用科学合理的贮藏方法提供实践指导。

1 材料和方法

1.1 材料收集和果实处理条件

以浙江省农业科学院选育的鲜食型羊角辣椒新品种‘P1808’为材料,开展相关试验。‘P1808’主要特征为:植株高度66.5 cm,展开度83.5 cm。青熟果浅绿、老熟果大红、果型美观、光泽度好。果实长度和宽度分别为137.2 mm 和21.1 mm,单果重约23.1 g,春季露地栽培平均单株结果数27 个,单株果实产量约575.8 g。

本试验于2019年4−7月在浙江省农业科学院杨渡试验基地(120°2′ E,30°27′ N)进行。将20 株5 叶一心期的‘P1808’辣椒幼苗移栽至田间(株行距30 cm×60 cm),进行统一灌溉和施肥管理,并于开花期挂牌标记。于花后35 d,采摘大小均匀的辣椒果实,供后续不同温度贮藏试验使用。

采后辣椒果实分为5 份(每份12 个果实),其中2 份放置在常温20 ℃光照培养箱,2 份放置在高温30 ℃培养箱,剩余1 份作为贮藏前对照(CK-0 h)。除温度外,常温和高温贮藏条件均为:黑暗,相对湿度(75±3)%。在24 h 和48 h 后,分别检测不同温度贮藏的辣椒果实商品性指标。

使用硬度计测定果实硬度; 通过电子天平测定果实重量,换算获得失水率。完成硬度和重量测定后,果实样品通过匀浆仪磨碎,冻存于−80 ℃用于后续风味和营养品质指标测定。除氨基酸含量及组成外,每个处理相关指标均设置3 个生物学重复。

1.2 测定指标及方法

辣椒的植株和果实形态及商品性的测定:植株高度和株幅用直尺测定; 果实硬度由水果硬度计(Model-GY3,徐州淮博仪器设备有限公司)测定,压力针圆形(直径10 mm),压力测试深度为1.5 mm,压力单位为kg∙cm; 果实重量利用电子天平(上海舍岩仪器有限公司)进行测定。

辣椒素类物质测定参照国家标准GB/T 21266−2007,利用高效液相色谱HPLC (Waters Corp.,Milford,MA,USA)进行测定; 丙二醛(MDA)含量和相对电导率测定参照Li 等的方法; 蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝法; 叶绿素含量和总胡萝卜素含量测定参照Zhao 等的方法,利用HPLC 测定; Vc 含量利用高效液相色谱系统(Waters Corp.,Milford,MA,USA)测定。

氨基酸成分利用氨基酸分析仪(SYKAM433D,苏州华美辰仪器设备有限公司)测定。氨基酸组成的界定和换算:氨基酸总量、人体必需氨基酸、非必需氨基酸、儿童必需氨基酸、鲜味氨基酸和芳香族氨基酸分别用T、A、B、C、D 和E 表示。计算人体必需氨基酸占氨基酸总量的质量分数(A/T)、人体非必需氨基酸占氨基酸总量的质量分数(B/T)、儿童必需氨基酸占氨基酸总量的质量分数(C/T)。蛋白质营养价值评价分别计算缬氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸+胱氨酸、苏氨酸+酪氨酸占总氨基酸的相对含量,并与1973年FAO/WHO 修订的人体必需氨基酸含量模式谱(简称氨基酸模式谱)比较。

1.3 数据分析

采用Excel 2007 进行数据整理,用Origin Pro 7.5进行制图。采用Duncan’s 新复极差多重比较法对试验数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同温度贮藏对辣椒素类物质含量的影响

试验结果表明,不同温度处理对‘P1808’辣椒果实中辣椒素类物质(辣椒素、二氢辣椒素)含量具有显著影响(图1)。与贮藏前对照(CK-0 h)相比,不论是常温还是高温,贮藏24 h 后辣椒果实中的辣椒素含量均显著上调30%以上,且常温和高温24 h 处理之间的辣椒素含量没有显著差异(图1A)。二氢辣椒素含量在不同温度贮藏24 h 后的变化趋势与辣椒素一致,上调幅度相比对照达20%以上(图1B)。与贮藏24 h 结果不同,辣椒素和二氢辣椒素含量在常温和高温贮藏48 h 辣椒果实中的变化呈现相反趋势,常温贮藏48 h 后,辣椒素和二氢辣椒素相比对照分别下降29.9%和60.0%,而高温处理48 h 后,辣椒素和二氢辣椒素含量显著高于对照和高温24 h 处理,其中辣椒素含量达到对照的近3 倍(图1A),而二氢辣椒素比对照高38.2% (图1B)。综上,辣椒素、二氢辣椒素以及辣椒素类物质(辣椒素+二氢辣椒素)均在常温短期贮藏时间内(48 h)呈先升后降的趋势;高温短期贮藏时间内(48 h)呈逐渐升高的趋势。此外,相较于二氢辣椒素(图1B),高温下辣椒素的变化幅度更为剧烈(图1A),说明辣椒素的合成积累对高温更加敏感。

图1 常温和高温贮藏24 h 和48 h 后辣椒果实的辣椒素(A)、二氢辣椒素(B)和辣椒素类(C)含量Fig.1 Capsaicin (A),dihydrocapsaicin (B),capsaicinoid (C)contents of pepper fruits stored at room and high temperatures for 24 and 48 hours

2.2 不同温度贮藏对辣椒商品品质和风味营养品质相关指标的影响

果实硬度和含水量是衡量采后辣椒果实商品性的重要指标,分别代表果实的软化和萎焉程度。从图2A 可以看出,除高温贮藏48 h 以外,常温贮藏24 h、48 h 和高温贮藏24 h 处理的辣椒果实硬度与对照相比均无显著下降。图2B 表明,不论是常温还是高温贮藏,48 h 后的辣椒果实失水率均显著高于贮藏24 h 的辣椒果实,高温贮藏处理48 h 后的辣椒果实失水率(7.2%)比常温48 h (3.9%)高近84.6%。丙二醛(MDA)含量和相对电导率是衡量植物组织细胞膜脂过氧化和细胞裂解程度的重要参数指标。本研究结果表明,只有在高温贮藏48 h 的辣椒果实中,MDA 含量显著升高(图2C),而常温和高温贮藏48 h辣椒果实的相对电导率均显著高于对照,而且后者又显著高于前者(图2D)。

图2 常温和高温贮藏24 h 和48 h 后辣椒果实硬度(A)、失水率(B)、丙二醛含量(C)和相对电导率(D)变化Fig.2 Fruit firmness (A),water loss rate (B),malondialdehyde (MDA) content (C),and relative electrolyte leakage (D) of pepper fruits stored at room and high temperatures for 24 and 48 hours

辣椒果实中的各类营养成分含量是衡量采后果实品质的重要指标。图3A 结果表明,不论是常温还是高温贮藏,辣椒果实中的叶绿素含量均随着贮藏时间的延长而显著下降,其中高温贮藏48 h 辣椒果实叶绿素含量下降幅度最大,降幅达63.5%。与叶绿素含量变化趋势相反,高温贮藏48 h 显著提高了辣椒果实中的总胡萝卜素含量(图3B)。图3C 的Vc 测定结果表明,常温和高温贮藏辣椒果实中的Vc 含量与对照相比无显著差异。此外,常温贮藏48 h辣椒果实中的蛋白质含量显著高于对照和其他处理(图3D)。

图3 常温和高温贮藏辣椒果实叶绿素含量(A)、总胡萝卜素含量(B)、维生素C 含量(C)、蛋白质含量(D)变化Fig.3 Chlorophyll (A),total carotenoids content (B),vitamin C content (C),and protein content (D) of pepper fruits under room temperature and high temperature storage

2.3 不同温度贮藏对辣椒果实氨基酸含量和构成的影响

本试验从‘P1808’辣椒果实中共鉴定出17 种氨基酸,其中人体必需氨基酸6 种,非必需氨基酸10 种,儿童必须氨基酸2 种,鲜味氨基酸2 种,芳香族氨基酸2 种(表1)。从图4 可以看出,常温和高温贮藏48 h 均能大幅提高采后辣椒果实中不同种类氨基酸含量,而且相比于对照,不同氨基酸在常温和高温贮藏48 h 后的上调模式相似(图4,CK-0 h,RT-48 h),但常温贮藏辣椒果实中各氨基酸积累量均高于高温贮藏辣椒果实(图4 ,HT-48 h),前者的总氨基酸含量[4598.43 mg∙(100g)FW]比后者[4041.50 mg∙(100g)FW]高13.8%,比 对 照[3364.53 mg∙(100g)FW]高36.7% (表1)。常温贮藏48 h 的辣椒果实中,蛋氨酸和组氨酸分别比对照提高65.74%和65.42%,半胱氨酸、脯氨酸、天冬氨酸和丝氨酸比对照均提高40%以上(分别比对照提高46.64%、41.17%、40.61%和40.06%)。高温贮藏48 h 辣椒果实中,组氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸分别比对照提高69.31%、33.45%和32.05% (表1)。对照及不同温度贮藏的辣椒果实各类氨基酸含量变异系数分析表明,组氨酸和蛋氨酸含量变化最为剧烈,变异系数分别为26.87%和20.79%,前者主要是由常温和高温贮藏48 h 辣椒果实中的组氨酸含量大幅高于对照引起的,而后者主要是由于常温贮藏48 h 辣椒果实中蛋氨酸含量大幅高于对照引起的。6 个氨基酸在对照和不同温度贮藏48 h 辣椒果实间的变异系数均小于15% (缬氨酸,CV=13.29%;异亮氨酸,CV=11.47%; 酪氨酸,CV=13.30%; 苯丙氨酸,CV=14.80%; 赖氨酸,CV=13.18%; 精氨酸,CV=12.94%)。其余种类氨基酸含量在对照和不同处理间变异系数介于15%～20% (表1)。

图4 常温(RT-48 h)和高温(HT-48 h)贮藏48 h 辣椒果实不同种类氨基酸含量变化Fig.4 Effects of room temperature (RT-48 h) and high temperature (HT-48 h) storage for 48 h on the changes of amino acid composition and contents in pepper fruits

进一步对不同功能氨基酸(人体必需氨基酸、非必需氨基酸、儿童必需氨基酸等)含量及构成比例进行分析后发现,常温和高温贮藏48 h 后辣椒果实中人体必需氨基酸含量、非必需氨基酸和儿童必需氨基酸含量相比对照均有所提升,且常温贮藏提升幅度大于高温贮藏,但是人体必需氨基酸、非必需氨基酸、儿童必需氨基酸占总氨基酸的比例在对照和不同处理(常温贮藏48 h 和高温贮藏48 h)之间十分接近,三者的变异系数分别仅为1.39%、0.90%和0.63% (表1)。本研究还根据部分氨基酸的特殊风味相关功能,如鲜味氨基酸、甜味氨基酸和芳香族氨基酸,对不同温度贮藏48 h 辣椒果实中的部分氨基酸进行了功能归类与分析,结果表明虽然不同风味相关氨基酸含量在对照和处理(常温贮藏48 h 和高温贮藏48 h)之间的绝对值存在差异,但是构成比例却非常接近,从表1 可以看出,鲜味氨基酸、甜味氨基酸和芳香族氨基酸比例在对照、常温48 h 和高温48 h 贮藏处理辣椒果实中的变异系数分别仅为1.41%、1.65%和2.30%。

表1 常温(RT-48 h)和高温(HT-48 h)贮藏48 h 对辣椒果实中氨基酸含量和构成的影响Table 1 Effect of room temperature (RT-48 h) and high temperature (HT-48 h) storage for 48 h on amino acid contents and composition of pepper fruits

2.4 不同温度贮藏辣椒果实氨基酸营养价值评价

由表2 可知,在对照和不同处理(常温贮藏48 h和高温贮藏48 h)辣椒果实中,大部分必需氨基酸质量分数符合氨基酸模式谱要求,其中蛋氨酸+半胱氨酸是唯一在对照和处理辣椒果实中均未达标的氨基酸组合(表2),说明蛋氨酸+半胱氨酸是辣椒果实的第一限制氨基酸。除此之外,未达到氨基酸模式谱要求的还有常温和高温贮藏48 h 辣椒果实中的缬氨酸和异亮氨酸。

表2 人体必需氨基酸的组成比例与氨基酸模式谱的比较Table 2 Analysis of human essential amino acid ratio of pepper fruit stored at room and high temperatures for 0 and 48 hours according to the amino acid pattern spectrum

3 讨论

本研究以浙江省春季露地栽培的鲜食型羊角椒 ‘P1808’绿熟期果实为试验对象,模拟其采收早期(常温20 ℃)和采收后期(高温30 ℃)的温度条件,比较分析了采后辣椒果实在不同温度下贮藏24 h 和48 h的品质变化。

辣椒素是辣椒的代表性风味物质,其合成积累对于高温等逆境胁迫较为敏感,相关研究表明高温能够显著诱导部分辣椒品种果实辣椒素的合成和积累。本研究发现高温(30 ℃)短期贮藏能够诱导辣椒果实中的辣椒素类物质积累,而其中辣椒素的上调幅度高于二氢辣椒素,这一发现与前人的研究结果一致。常温(20 ℃)短期贮藏条件下,辣椒素和二氢辣椒素含量均经历了先上升后下降的阶段。因此,如需要保证‘P1808’辣椒采后果实的辣度,采收早期果实贮藏时间不应超过24 h,而采收后期的果实贮藏时间可延长至48 h。

果实硬度和含水量是辣椒最重要的商品品质指标,能够反映辣椒果实的软化、萎蔫程度及保鲜效果。李文文等研究发现,辣椒果实硬度随贮藏时间延长呈下降趋势,且随贮藏温度升高下降幅度变大,这与本研究中辣椒果实在高温贮藏48 h 后硬度显著下降的结果一致。此外,本研究还发现高温贮藏48 h 的辣椒果实损失水分超过7%,商品性与经济价值受到较大影响。在植物产品器官衰老过程中,细胞膜完整性受到破环,导致细胞膜渗透性变大,相对电导率升高,并进一步发生膜脂过氧化,导致丙二醛(MDA)含量升高,因此,MDA 和相对电导率是判断细胞膜完整性的重要指标。本研究发现辣椒果实高温贮藏48 h 后相对电导率及MDA 含量显著上升,说明与常温贮藏相比,高温贮藏加速了辣椒果实的衰老进程。叶绿素常常被作为衡量鲜食辣椒新鲜度的指标,蓬桂华等通过对低温(7 ℃、9 ℃、11 ℃)和常温长期贮藏(10 d 以上)条件下的不同品种辣椒果实品质相关指标分析,发现随贮藏时间增长,辣椒果实叶绿素含量显著下降,而低温处理能有效减缓下降趋势。本研究从短期贮藏角度出发,采后处理时间(24 h,48 h)短于前人研究中的10 d 以上,仅发现高温(30 ℃)处理48 h 后的辣椒果实叶绿素含量显著下降的现象。除叶绿素外,本研究还发现辣椒中的另一种重要抗氧化物质−总胡萝卜素,在高温贮藏48 h 后显著提高,这与Pola 等发现的30 ℃

下贮藏辣椒果实类胡罗卜素含量高于20 ℃贮藏的结论相符,也与本研究观察到的高温贮藏条件下辣椒果实着色更快的现象是一致的。Vc 是辣椒果实的代表性营养物质,高怀春研究发现25 ℃贮藏下的辣椒果实Vc 含量损失最多,其次是35 ℃、15 ℃和5 ℃。同样,李文文等也在研究中发现,相较于4℃、8 ℃、12 ℃处理,常温(25 ℃)处理辣椒果实中Vc 含量下降最快。本研究采用的采后辣椒果实中Vc 含量在常温和高温短期贮藏条件下没有发生显著变化,可能与本试验设定的贮藏时间与前人试验相比较短有关。

除辣椒素、硬度、Vc 等商品性和风味相关物质以外,本研究还对氨基酸这一重要营养物质在不同温度贮藏48 h 辣椒果实中的变化进行了研究,发现不论是常温还是高温贮藏均能有效促进辣椒果实中17 种氨基酸的积累,而且常温贮藏果实中的氨基酸积累量更高。虽然相比对照,常温和高温贮藏辣椒果实的总氨基酸绝对值均有所上升,但是不同功能类型氨基酸(人体必需氨基酸、非必需氨基酸、儿童必需氨基酸)和风味相关氨基酸(鲜味氨基酸、甜味氨基酸)的构成比例变化较小。氨基酸模式谱是衡量蔬菜产品器官氨基酸营养价值的重要参考指标,通过与前期本研究团队对樱桃番茄(var.cerasiforme)氨基酸模式谱的分析结果进行比较,发现虽然同为茄科植物,辣椒的氨基酸营养价值高于番茄,与樱桃番茄中大部分人体必需氨基酸构成不符合氨基酸模式谱要求的结果不同,辣椒果实中的大部分人体必需氨基酸(除蛋氨酸+半胱氨酸外)构成均符合模式谱要求。此外,研究还发现低温和高温贮藏48 h 会导致辣椒果实中的缬氨酸和异亮氨酸低于氨基酸模式谱标准。综上,贮藏前辣椒果实氨基酸营养价值优于常温和高温贮藏48 h 后的辣椒果实。

4 结论

辣椒采后贮藏环境的温度条件与采后品质变化密切相关,采后辣椒果实在贮藏过程中仍进行着各种生理活动,影响辣椒果实的商品性、风味品质和营养品质。本研究从生产实际出发,对绿熟期羊角椒类型辣椒‘P1808’果实进行模拟采后自然条件温度(采收早期为常温20 ℃,采收后期为高温30 ℃)的短期贮藏试验(0～48 h),结果表明不同温度短期贮藏对于采后辣椒果实的商品性和风味营养品质指标具有显著影响。常温贮藏会造成辣椒果实中辣椒素类物质先升后降,果实失水率和相对电导率持续上升、叶绿素含量下降等不利影响,但是也具有促进果实蛋白质和氨基酸积累的正面效果。与对照和常温贮藏相比,高温贮藏虽然能够诱导辣椒素类物质、总胡萝卜素和氨基酸的积累,但是对其他商品性和品质相关指标的负面影响(果实软化、失水、叶绿素下降、相对电导率上升、MDA 积累等)多于对照和常温贮藏。从氨基酸营养价值角度考虑,贮藏前辣椒果实(对照)优于常温贮藏辣椒果实,而常温贮藏优于高温贮藏。综合以上结果,我们认为,早期采收常温贮藏的辣椒果实品质在同等贮藏时间内优于后期采收高温贮藏的辣椒果实。